SBDDZ-01型電力電子及變頻技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置
一、概述
電力電子及變頻技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置，電力電子及變頻技術(shù)實(shí)訓(xùn)設(shè)備涵蓋了各高等院校等所開設(shè)的"電力電子技術(shù)(或稱半導(dǎo)體變流技術(shù))"、"直流調(diào)速"、"交流調(diào)速"、"電機(jī)控制"、"電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)"及"控制理論"等專業(yè)課程所要求的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。電力電子及變頻技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置，電力電子及變頻技術(shù)實(shí)訓(xùn)設(shè)備依據(jù)高等院校最新統(tǒng)編教材《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》（第三版）(上海大學(xué)陳伯時(shí)編著)、《電力電子技術(shù)》(第五版)(西安交通大學(xué)王兆安編著)等實(shí)訓(xùn)大綱的要求，吸收國內(nèi)、外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了實(shí)訓(xùn)室的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，精心研制而成。在同類產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)合理、功能完善、可靠性好、性價(jià)比高。
(實(shí)訓(xùn)設(shè)備外形參考圖片，也可以根據(jù)學(xué)校要求定做）
二、特點(diǎn)
1、綜合性強(qiáng)：本裝置綜合了目前國內(nèi)各類學(xué)校電力電子、半導(dǎo)體變流、交流變頻、電機(jī)控制理論等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。
2、適應(yīng)性強(qiáng)：能滿足各類學(xué)校相應(yīng)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，深度和廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學(xué)的進(jìn)程作有機(jī)的結(jié)合，裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴(kuò)展功能或開發(fā)新實(shí)訓(xùn)，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強(qiáng)：從專用電源、電機(jī)及其它實(shí)訓(xùn)部件到實(shí)訓(xùn)連接專用導(dǎo)線配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實(shí)訓(xùn)的需要進(jìn)行配套。
4、直觀性強(qiáng)：各實(shí)訓(xùn)掛件采用分隔結(jié)構(gòu)形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務(wù)明確，操作、維護(hù)方便。
5、科學(xué)性強(qiáng)：裝置占地面積少，節(jié)約實(shí)訓(xùn)用房，減少基建投資；配套的小電機(jī)均經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，可模擬中小型電機(jī)的特性和參數(shù)；小電機(jī)耗電省，節(jié)約能源，實(shí)訓(xùn)噪聲小，整齊美觀，改善實(shí)訓(xùn)環(huán)境；實(shí)訓(xùn)內(nèi)容豐富，設(shè)計(jì)合理，除了加深理論知識(shí)外還可結(jié)合實(shí)際開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)。
6、開放性強(qiáng)：控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，并設(shè)有電流型漏電保護(hù)裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護(hù)等功能，使用安全可靠；由于整套裝置經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠的工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開放性實(shí)訓(xùn)室，創(chuàng)造了條件。
7、先進(jìn)性強(qiáng)：本裝置著重從新器件高度來考慮，在保留了晶閘管實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上，加入了新器件的特性、新器件的驅(qū)動(dòng)以及典型的新器件應(yīng)用的大量現(xiàn)代電力電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生對(duì)新器件有足夠的認(rèn)識(shí)和了解，緊跟時(shí)代步伐。
三、技術(shù)性能
1、輸入電源: 三相四線(或三相五線 380V±10％ 50HZ)
2、工作環(huán)境: 溫度-10℃－+40℃ 相對(duì)濕度＜85％（25℃） 海撥＜4000m
3、裝置容量：＜1.5KVA
4、外形尺寸：1600×700×1550mm3
四、裝置的基本裝備
1、DK01電源控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)）
（1）交流電源（均帶有過流保護(hù)措施）提供交流電源：三相交流電220V/3A。
（2）高壓直流電源
勵(lì)磁電源：220V（0.5A），具有輸出短路保護(hù)。
（3）指示及測(cè)量?jī)x表
1）交流數(shù)字電壓表：可通過其下方的波段開關(guān)切換指示三相電網(wǎng)輸入線電壓；
2）智能交流電壓表1只:測(cè)量范圍：0-1000V,設(shè)置1V/10V/100V/1000V四量程，六位數(shù)碼顯示測(cè)量值。儀表采用現(xiàn)代化技術(shù)，數(shù)碼中文顯示，具備智能化、數(shù)字化功能，通過按鍵能夠?qū)x表進(jìn)行設(shè)置操作,量程手動(dòng)、自動(dòng)切換模式、校準(zhǔn)、調(diào)零、濾波級(jí)數(shù)設(shè)置、超量程自動(dòng)報(bào)警提示及保護(hù)等功能。硬件部分整體性強(qiáng)，集成度高，采用表貼工藝制作，工業(yè)塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩(wěn)定，容易更換和升級(jí)維護(hù)。
3）智能交流電流表1只：測(cè)量范圍：0-5A, 設(shè)置10mA/500mA/5A三檔量程，六位數(shù)碼顯示測(cè)量值。儀表采用現(xiàn)代化技術(shù)，數(shù)碼中文顯示，具備智能化、數(shù)字化功能，通過按鍵能夠?qū)x表進(jìn)行設(shè)置操作,量程手動(dòng)、自動(dòng)切換模式、校準(zhǔn)、調(diào)零、濾波級(jí)數(shù)設(shè)置、超量程自動(dòng)報(bào)警提示及保護(hù)等功能。硬件部分整體性強(qiáng)，集成度高，采用表貼工藝制作，工業(yè)塑料外殼，面板嵌入安裝，使用穩(wěn)定，容易更換和升級(jí)維護(hù)。
4）直流數(shù)字電壓表一只：測(cè)量范圍0～500V，三位半數(shù)顯，輸入阻抗為10MΩ，精度0.5級(jí)，為調(diào)速系統(tǒng)提供電壓指示；
5）直流數(shù)字電流表一只：測(cè)量范圍為0～5A，三位半數(shù)顯，精度0.5級(jí)，為調(diào)速系統(tǒng)提供電流指示。
（4）人身安全保護(hù)體系
1）三相隔離變壓器一組：三相電源首先通過三相漏電保護(hù)器，然后經(jīng)鑰匙開關(guān)、接觸器到隔離變壓器，使輸出與電網(wǎng)隔離（浮地設(shè)計(jì)），對(duì)人身安全起到一定的保護(hù)作用。
2）電流型漏電保護(hù)裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過一定值，即切斷電源。
3）實(shí)訓(xùn)連接線及插座：強(qiáng)、弱電連接及插座分開，不能混插。
4）強(qiáng)電連接線及插座采用全封閉工藝，使用安全、可靠、防觸電。
（5）控制屏其它設(shè)施
控制屏正面，可掛置實(shí)訓(xùn)部件，控制臺(tái)設(shè)有3芯插座， 掛件的供電由這些插座提供。
★（6）實(shí)訓(xùn)室智慧用電安全控制系統(tǒng)（不配置電源總控臺(tái)時(shí)，只需提供單機(jī)版，即可運(yùn)行）
智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時(shí)，防止漏電保護(hù)器合閘，造成觸電危險(xiǎn)；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導(dǎo)致跳閘時(shí)，不能人為上電，只能通過遠(yuǎn)程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網(wǎng)與手機(jī)APP和PC端云平臺(tái)通訊，沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨(dú)立運(yùn)行。
1）智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報(bào)功能。能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三相電壓、電流、功率，功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，液晶觸摸屏監(jiān)測(cè)數(shù)值。能監(jiān)控實(shí)訓(xùn)室電源的故障類型和故障次數(shù)；用戶通過刷卡方式請(qǐng)求開啟設(shè)備，PC端進(jìn)行授權(quán)之后，設(shè)備可啟動(dòng)使用，PC端可分時(shí)預(yù)約設(shè)備的啟動(dòng)和停止！設(shè)備時(shí)間管理包含年月日時(shí)間的顯示?？稍O(shè)備相應(yīng)過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定等7大保護(hù)功能數(shù)值。
2）手機(jī)APP：用電狀態(tài)界面實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電壓、電流、有無功功率、電能、設(shè)備溫度、漏電電流值等；后臺(tái)查看報(bào)警日志、操作日志、故障日志等。用戶可進(jìn)行遠(yuǎn)程在線報(bào)修，反應(yīng)設(shè)備故障信息，編輯報(bào)修情況，后臺(tái)可進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，及時(shí)跟進(jìn)，以有效解決用戶設(shè)備維護(hù)。
3）PC端軟件：每個(gè)設(shè)備狀態(tài)信息顯示，具有多個(gè)子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個(gè)人中心資料管理、用戶定位跟蹤與信息統(tǒng)計(jì)；具有管理員信息修改與權(quán)限管理等功能?？梢绘I開啟和關(guān)閉所有設(shè)備，可單獨(dú)控制每臺(tái)設(shè)備的開關(guān)！用電數(shù)據(jù)界面能智能查找近2年用電數(shù)據(jù)，設(shè)置界面能設(shè)置限定電能值、負(fù)載值、設(shè)備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復(fù)時(shí)間值等。
2、DK02實(shí)訓(xùn)桌
1）實(shí)訓(xùn)桌采用四個(gè)工業(yè)鋁型材立柱為支撐，立柱端部可安裝調(diào)節(jié)腳，方便高度調(diào)節(jié)，主體結(jié)構(gòu)通過左、右各2個(gè)C字形鋁壓成型構(gòu)件聯(lián)接，臺(tái)面高度約800mm，桌面板下設(shè)支撐框架，截面尺寸為30×30mm，承受力不少于300kg。立柱采用工業(yè)鋁型材成型工藝，表面氧化處理，截面尺寸：70×70mm，四面帶槽，槽寬約8mm，端部配套塑料堵頭，槽內(nèi)適用工業(yè)鋁型材通配螺母及配件。C字形鋁壓成型構(gòu)件為左、右對(duì)稱件，采用壓鑄成型工藝，經(jīng)機(jī)加工、拋丸、噴砂，表面藍(lán)色靜電噴涂工藝。
2）實(shí)訓(xùn)桌桌面采用25mm麻灰色高密度層壓板封邊特制，有效提高絕緣等級(jí)；
3）實(shí)訓(xùn)儲(chǔ)物柜采用冷沖壓鈑金一體成型，封閉式結(jié)構(gòu)，表面靜電噴涂；柜體設(shè)有門柜用于放置實(shí)訓(xùn)掛箱，設(shè)有一個(gè)抽屜用于放置實(shí)訓(xùn)導(dǎo)線和指導(dǎo)書等。
3、DQ27三相可調(diào)電阻（每組900Ω×2/0.41A）
4、DK03晶閘管主電路
提供12只5A/1000V的晶閘管，每只晶閘管均設(shè)有RC吸收和保險(xiǎn)絲保護(hù)裝置，晶閘管可通過外加觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)（留有觸發(fā)脈沖輸入接口），可更好的完成設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)。設(shè)有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V一只，帶鏡面直流電流表±2A一只，平波電抗器一組。
5、DK04三相晶閘管觸發(fā)電路
提供三相觸發(fā)電路、功放電路，脈沖變壓器等，與"DK03"配套使用。
★6、DK04-1三相數(shù)字晶閘管觸發(fā)電路
該掛件采用高性能單片機(jī)為核心器件，采用數(shù)碼管顯示晶閘管觸發(fā)角度，能直觀、準(zhǔn)確讀出當(dāng)前晶閘管的觸發(fā)角度。掛件輸出的三相六路觸發(fā)脈沖，移相范圍為0°～160°，控制精度為0.1°，起始角可以在0°～160°內(nèi)任意設(shè)置，克服了采用傳統(tǒng)專用模擬集成電路(如KC04、KJ004等)晶閘管多路觸發(fā)脈沖電路調(diào)試?yán)щy，波形整齊程度較差等問題。
該掛件提供兩種控制方法：數(shù)字鍵盤和外部模擬量控制。數(shù)字鍵盤控制方式可直接通過點(diǎn)動(dòng)按鈕的方式以精確到0.1°的范圍內(nèi)，并可自由調(diào)節(jié)觸發(fā)角度，外部模擬量控制方式完全兼容原來的模擬系統(tǒng)。除此之外還提供相應(yīng)的三相正、反橋功放電路等，與"DK03"配套使用。
7、DK05單相晶閘管觸發(fā)電路
提供單結(jié)晶體管、鋸齒波同步移向、正弦波同步移向觸發(fā)電路，KC05單相交流調(diào)壓，西門子TCA785集成觸發(fā)電路等。
8、DK07 直流斬波實(shí)驗(yàn)
根據(jù)西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》 ( 第四版 ) 中相關(guān)內(nèi)容而設(shè)計(jì)。提供組成直流斬波電路所需的元器件和采用專用的 PWM 控制集成電路 SG3525 ?？赏瓿山滩闹薪祲簲夭娐罚?Buck Chopper ）、升壓斬波電路（ Boost Chopper ）、升降壓斬波電路（ Boost -Buck Chopper ）、 Cuk 斬波電路、 Sepic 斬波電路、 Zeta 斬波電路六種典型實(shí)驗(yàn)。
9、DK09新器件特性實(shí)驗(yàn)
提供SCR、MOSFET、IGBT、GTO 、GTR新器件，可完成電力電子新器件特性實(shí)驗(yàn)。
10、DK11單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載
提供了一只0～250V/0.5KVA單相交流自耦調(diào)壓器，為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供可調(diào)電源；一個(gè)整流濾波電路以及0～90Ω/1.3A（串聯(lián)）或0～45Ω/2.6A（并聯(lián)）瓷盤可調(diào)電阻，為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)可調(diào)的阻性負(fù)載。
11、DK12變壓器實(shí)驗(yàn)
提供三相芯式變壓器一個(gè)（該變壓器有2套副邊繞組，原、副邊繞組的電壓為127V/63.6V/31.8V），用于異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速實(shí)驗(yàn)和三相橋式、單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)；還設(shè)有三相不控整流電路等模塊。
12、DK13功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路
主要是為完成新器件特性實(shí)訓(xùn)提供驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，使學(xué)生了解電力電子新器件的驅(qū)動(dòng)特性。主要包括電源、驅(qū)動(dòng)電路、PWM波形發(fā)生器。
（1）電源：為驅(qū)動(dòng)電路提供電源，包括±5V、+20V、±15V直流電源。
（2）驅(qū)動(dòng)電路：包括GTO，GTR，MOSFET、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。其中IGBT的驅(qū)動(dòng)電路采用了專用芯片EXB841。
（3）PWM波形發(fā)生器：由SG3525為核心的PWM波形發(fā)生器主要為新器件驅(qū)動(dòng)電路提供PWM驅(qū)動(dòng)波形；可以通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)；通過占空比電位器來調(diào)節(jié)PWM波的占空比 頻率調(diào)節(jié)范圍4KHz～10KHz。
13、DK14單相交直交變頻原理
根據(jù)普通高等教育"九五"國家級(jí)重點(diǎn)教材王兆安，黃俊主編的《電力電子技術(shù)》（第四版）的內(nèi)容進(jìn)行開發(fā)。用于展示交直交變頻原理，主要讓學(xué)生了解SPWM正弦波脈寬調(diào)制信號(hào)的形成方法，了解IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的特點(diǎn)及其使用，能完成如下實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：
1）SPWM波形成的過程；
2）交直交變頻電路在不同負(fù)載（電阻，電感）時(shí)的工作情況和波形，并研究工作頻率對(duì)電路工作波形的影響；
3）IGBT管專用集成驅(qū)動(dòng)芯片的工作特性。
14、DQ10三相鼠籠異步電機(jī)(AC220V/380V，100W，n=1420RPM)。
15、DK28三相異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng):提供三菱D720變頻調(diào)速系統(tǒng)1套
16、實(shí)訓(xùn)連接線
根據(jù)不同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，配備兩種不同的實(shí)訓(xùn)連接線，強(qiáng)電部分采用4mm高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插連接線（不存在任何觸電的可能），里面采用無氧銅抽絲而成頭發(fā)絲般細(xì)的多股線，達(dá)到超軟目的，外包丁晴聚氯乙烯絕緣層，具有柔軟、耐壓高、強(qiáng)度大、防硬化、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，插頭采用實(shí)芯銅質(zhì)件外套鈹輕銅彈片，接觸安全可靠；弱電部分采用3mm護(hù)套結(jié)構(gòu)連接線，兩種導(dǎo)線都只能配合相應(yīng)內(nèi)孔的插座，這樣大大提高了實(shí)訓(xùn)的安全及合理性。
17、學(xué)生凳
每套設(shè)備提供學(xué)生用方凳2只。
五、本裝置能開設(shè)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
（一）電力電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
1．單結(jié)晶體管觸發(fā)電路
2．鋸齒波同步移相觸發(fā)電路實(shí)訓(xùn)
3．單相半波可控整流電路實(shí)訓(xùn)
4．單相橋式半控整流電路實(shí)訓(xùn)
5．單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)訓(xùn)
6．三相半波可控整流電路實(shí)訓(xùn)
7．三相橋式半控整流電路實(shí)訓(xùn)
8．三相半波有源逆變電路實(shí)訓(xùn)
9．三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)訓(xùn)
10．單相交流調(diào)壓電路實(shí)訓(xùn)
11．三相交流調(diào)壓電路實(shí)訓(xùn)
（二） 電力電子器件功率驅(qū)動(dòng)與保護(hù)部分
1.單向晶閘管（ SCR ）特性實(shí)訓(xùn)
2.可關(guān)斷晶閘管（ GTO ）特性實(shí)訓(xùn)
3.功率場(chǎng)效應(yīng)管（ MOSFET ）特性實(shí)訓(xùn)
4.功率晶體管（ GTR ）特性實(shí)訓(xùn)
5.絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）特性實(shí)訓(xùn)
6.可關(guān)斷晶閘管（ GTO ）驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)訓(xùn)
7.功率場(chǎng)效應(yīng)管（ MOSFET ）驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)訓(xùn)
8.功率晶體管（ GTR ）驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)訓(xùn)
9.絕緣雙極性晶體管（ IGBT ）驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路實(shí)訓(xùn)
(三）典型電力電子器件線路實(shí)訓(xùn)
1.直流斬波電路的性能研究(降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuｋ斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路) (IGBT)
2．單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路原理實(shí)訓(xùn)
（四）變頻調(diào)速系統(tǒng)
1.交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)
六、裝置配置清單
序號(hào) | 編號(hào) | 名稱 | 數(shù)量 |
1 | DK01 | 電源控制屏 | 1件 |
2 | DK02 | 實(shí)訓(xùn)桌 | 1張 |
3 | DQ27 | 三相可調(diào)電阻（每組900Ω*2/0.41A） | 1件 |
4 | DK03 | 晶閘管主電路 | 1件 |
5 | DK04 | 三相晶閘管觸發(fā)電路 | 1件 |
6 | DK04-1 | 三相數(shù)字晶閘管觸發(fā)電路 | 1件 |
7 | DK05 | 單相晶閘管觸發(fā)電路 | 1件 |
8 | DK07 | 直流斬波實(shí)驗(yàn) | 1件 |
9 | DK09 | 新器件特性實(shí)驗(yàn) | 1件 |
10 | DK10 | 可調(diào)電阻、電容箱 | 1件 |
11 | DK11 | 單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載 | 1件 |
12 | DK12 | 變壓器實(shí)驗(yàn) | 1件 |
13 | DK13 | 功率器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路 | 1件 |
14 | DK14 | 單相交直交變頻原理 | 1件 |
15 | DQ10 | 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) | 1臺(tái) |
16 | DK28 | 三相異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) | 1件 |
17 | 實(shí)驗(yàn)連接線 | 高可靠護(hù)套結(jié)構(gòu)手槍插實(shí)訓(xùn)連接線 | 1套 |
18 | 學(xué)生凳 | 提供鐵質(zhì)四腳方凳，高密度板凳面 | 2張 |
